长江口青草沙水库前沿河床演变与失稳风险研究

位于长江口南北港分流口的青草沙水库是上海市最大的城市供水水源地,开展该水库前沿河床稳定性和失稳风险研究具有重要的理论意义和工程指导价值。基于此,利用长江口南北港分流口2000年至2013年期间实测的高精度地形资料,分析青草沙水库前沿河床近期地貌变化特征,为水库库堤安全预警提供相关理论支撑。结果表明:青草沙水库前沿河床冲淤变化在建库前后有明显差异,建库前总体表现为河槽冲刷、沙洲淤积,呈现准冲-淤振荡的性质;建库后变为幅度逐渐减弱的持续冲刷;沿河床河槽形态由U型向U型与V型河槽叠加的复式河槽转变。青草沙水库前沿沙体沿落潮主流方向下移,成形沙体呈先增长、再减少,最后趋于平衡的态势,隐形沙体大体呈减少趋势。青草沙水库库堤前沿近600 m位置是河床失稳的重点风险区域,尤其是水库库堤中上部河床处于不稳定状态,如前沿边坡所在河槽进一步逼近水库前沿,则河床面临进一步冲刷的可能。     

从水沙条件及河床地形变化规律谈长江河口综合治理开发战略问题

长江河口位于长江三角洲的核心部位，由于区域高强度的城市化，对水运工程及沿岸工程在长江口水土资源的合理开发利用中提出了更高的要求，由于长江口属典型的沙岛型中等潮汐多级分汉河口，入海汊道冲淤多变，洲滩迁移频繁，泥沙运动复杂，径流潮流相互作用及盐水洪水交汇引起流场、河势变化及河床冲淤部位极不稳定。从流域来水来沙条件变化及河口河床演变规律阐明长江口治理开发的迫切性、复杂性和综合性。     

青草沙水库工程对附近水域河床冲淤的影响

青草沙水库是长江河口的一个重大工程,显著改变了北港上段的河势。河势的变化会引起流场和泥沙质量浓度的变化,进而影响河床的冲淤。本文应用三维水动力和泥沙数值模式,计算和分析了青草沙水库工程对附近水域流场、泥沙质量浓度和冲淤的影响。青草沙水库工程建设后,北港河道束窄,导致水库北侧河道主槽流速和泥沙质量浓度增加。水库工程使得进入北港的径流量和纳潮量减少,导致青草沙水库以东、北港下段和拦门沙区域流速和泥沙质量浓度下降。应用半理论半经验河床冲淤公式和模式计算的工程前后流速、泥沙质量浓度和水位数据,给出了由水库工程造成的河床冲淤变化分布。在水库以北北港水域发生普遍冲刷,冲刷强度最大可达2~3 m,冲淤分布和量值与工程前后实测水深变化吻合良好。数值模式较好地模拟了青草沙水库工程对附近水域冲淤分布的影响和变化量值。     

二维动床数学模型在某地铁隧道冲刷深度研究中的应用

河床冲淤是河床在垂直方向上演变的一种形式,它对于河道行洪排涝、涉水工程安全、航道运行乃至自然景观都会产生一定的影响,研究河道冲淤变化具有重要现实和理论意义。本文以宁波市地铁2号线下穿姚江工程为例,应用二维潮流泥沙数学模型与经验公式计算相结合的方法,对在遭遇不同洪潮组合条件下地铁线位处河床的最大冲刷深度进行了研究,为地铁工程的设计提供重要参考依据。研究结果表明,洪水频率越小,工程线位附近河段的最大冲刷深度愈大,冲刷发展呈先加快后减慢的态势。     

引水对钱塘江河口段河床淤积的影响

利用钱塘江河口段丰富的水文、泥沙、地形资料,在分析和研究这些资料的基础上,根据闸口—盐官沿程河床形态及冲淤变化特征,将该沿程分成4个河段,分别建立了多年平均高潮位下的河床冲淤量与两次测图间的月平均流量、前期沙坎高程以及多年平均高水位下的河床容积与上游河段同次测图多年平均高水位下的容积、前期平均径流量、两次测图间的月平均潮差之间的经验关系式。经方差分析,经验关系式显著性水平均在0.01以上,回归方程计算值与实测值拟合程度良好,经验式精度较高,可以用于估算和预测。应用这些关系式,预测了由跨流域引水而造成的河口段河床淤积面貌,为进一步预测潮位抬高、河道纳污能力降低等提供依据。     

近期长江河口冲淤演变过程研究

基于长江河口1997年以来数字地形图和近期水文泥沙实测资料,分析研究了近期长江河口大量人工整治工程和流域水库工程建造影响下的河口河道自动调整过程。结果表明:1997-2013年河口段中上游河道微冲刷、拦门沙滩顶仍保持淤积外移、口门外侧近海域冲刷的态势略有增强,而其影响原因与历史时期的自然因素影响为主略有差异,近期人类高强度活动的影响贡献率增大。首先,南支至南港和北港中上游河段河床普遍发生冲刷,河床沙活动较活跃,床面微地貌沙波发育更明显,而口门外侧海域地形略有冲刷蚀退,这些变化与流域来沙锐减有直接关系;北支、北港口门、南槽和北槽河道拦门沙河段呈淤积,尤其北槽主航道的拦门沙河段6m水深浚深为12.5m后回淤量很大,这些与拦门沙河道动力结构环境、河口和海域再悬浮泥沙补给有关;局部河段出现强冲和强淤现象,与近期河口工程建造有关。所以,长江河口近期正处在对自然因素变化和人类活动增强的自我缓慢地自动调整和适应过程之中。     

黄河清水沟流路河口尾闾段河床形态萎缩特征

在简述黄河河口尾闾河段相关特征的基础上,从河槽横断面形态、河床纵剖面形态包括主槽河底平均高程、河床纵比降、平滩流量变化等方面分析了黄河河口尾闾河段河床形态萎缩特征。清水沟流路在1976—2000年期间,黄河口尾闾河段的发育大致可分为4个阶段,即初期发育阶段、中期成型阶段、后期萎缩阶段、末期人工干预发展阶段。相应的发育时期分别为20世纪80年代中期以后,尾闾河段主槽宽深比上升、横比降升高、河段纵比降下降、河床平均高程抬升,其相应时期内河道平滩流量相对偏低。这一现象可能与黄河来水来沙偏枯相关。河道疏浚、人工出汊、调水调沙等措施对尾闾河段河床形态的萎缩有一定的抑制作用,但其影响是暂时的,不能改变河道萎缩的总体趋势。     

椒江河口河床宽深比对水沙条件的响应分析

本文利用多年水文泥沙和水深地形资料,分析了椒江河口河床宽深比长周期变化特征,并尝试探讨了河床宽深比对水沙条件的响应。结果表明,径流和潮动力对河床形态影响程度沿程此消彼长,江口沙上游河段受径流作用较明显,栅浦下游河段受潮动力影响较显著,这应是弯曲和顺直河段河床横断面形态调整差异的影响因素;河床宽深比与径流平均输沙率正相关,径流产沙量减少,河床形态趋向窄深;顺直河段宽深比与平均流量负相关,径流来水减少,河床趋于宽浅;河床宽深比与平均潮差负相关,应是人为作用改变了潮动力对河口河床形态调整的影响。     

长江河口拦门沙河床淤积和泥沙再悬浮过程

利用近２０年来长江河口所观测的地形、水文、悬沙和河床沉积物资料,着重对１９８８、１９８９、１９９６和１９９７年最新观测资料进行计算分析。结果表明,长江河口航道拦门沙河段来水沙量大,潮流作用强,潮波变形明显,水流挟沙力强。该河段潮流速随时间和空间变化,又处在盐淡水交换地带,流域和海域来沙在此河率时淤时冲,悬沙与床沙交换频繁,表现在涨急、落急时可床淤积层泥沙再次起动悬浮,憩流时只河床,在一个潮周期中含     

近期长江河口冲淤演变过程及自动调整机理研究

基于长江河口1997年以来数字地形图和近期水文泥沙实测资料, 分析研究了近期长江河口大量人工整治工程和流域水库工程建造的影响下的河口河道自动调整过程。结果表明:1997年以来的16年中河口段中上游河道微冲刷、拦门沙滩顶仍保持淤积外移、口门外侧近海域冲刷的态势略有增强, 而其影响原因与历史时期的自然因素影响为主略有差异, 近期人类高强度活动的影响贡献率增大。首先, 南支至南港和北港中上游河段河床发生普遍冲刷, 河床沙活动较活跃, 床面微地貌沙波发育更明显, 而口门外侧海域地形略有冲刷蚀退, 这些变化与流域来沙锐减有直接关系;北支、北港口门、南槽和北槽河道拦门沙河段呈淤积, 尤其北槽主航道的拦门沙河段6m水深浚深为12.5m后回淤量很大, 这些与拦门沙河道动力结构环境、河口和海域再悬浮泥沙补给有关;局部河段出现强冲和强淤现象, 与近期河口工程建造有关。所以, 长江河口近期正处在对自然因素变化和人类活动增强的自我缓慢地自动调整和适应过程之中。故然, 开展此类研究有其重要的现实意义。     

基于GIS的长江口北港冲淤演变规律的定量分析研究

本文以长江口北港为例,利用GIS及地图可视化技术,通过最小距离内插得到栅格水深图,并通过将不向时相的地形图进行叠加处理,得到河床冲淤演变图,在此基础上定量分析成形沙体的特征、河道容积变化和底沙输移路线及输移距离。使河床冲淤演变的研究定性、定量相结合,为分析河槽历史演变提供了可视化的环境。本研究表明地图可视化技术是定量研究底沙运动的一种有效手段。     

床面冲淤计算机处理方法

冲淤计算是河流，河口，海岸等水域中分析，预测床面变化的基础，利用非结构网络自动剖分技术形成覆盖计算区域的三角网，能较好地适应边界和特殊地形，基于高程内插建立三角网数字高程模型，采用垂直三棱柱体作为基本单位计算不同时段冲淤量，从而提高计算精度，通过网络剖分，利用在计算区域内任意选择子域进行淤量的计算和分析。同时将生成的非结构网格直接有于二维床面冲淤数学模型，便于对每个节点的计算结果进行检证以提高模型的可靠性。     

长江口南支河床容积对来沙量减少的响应规律研究

近年来,长江中下游来沙量持续性减小,其对河床冲刷的效应已逐渐在长江口显现。然而,长江口河床容积的变化特征缺少定量研究,与来沙量减小的时空响应规律不明确。通过分析长江大通站、徐六泾站的泥沙资料,并统计不同高程下的河床容积随时间变化特征,建立不同区段、不同高程河床容积与上游不同时段平均来沙量的关系。结果表明,大通站2003—2020年的年输沙量较三峡工程建成前有大幅减少,其对徐六泾站的当年洪季含沙量有着直接且显著的影响。长江口南支0 m以下河床处于冲刷态势,2003年后河床冲刷速率有明显增加,其中-10 m以下深槽部分的冲刷量贡献最大。南支主要落潮通道河床容积与前1年大通平均来沙量具有显著的相关性,因此来沙量减小主要引起长江口落潮通道河床容积增加,其效应具有约1 a的滞后性。     

长江河口底沙运动规律

于１９８１－１９８８年以浅地层剖面仪和回声测探仪取得沙波观测资料，运用这些资料以及河床表层沉积物和历年河口水文、地形资料，采用水文学、沉积学与泥水沙运动力学相结合的研究方法，分析长江河口底沙的运规律。结果表明：长江河口底沙运动非常频敏，一般有单颗粒滚动、跳跃，沙波及沙体推移等形式；在沙质床面上沙波发育良好，其形成、发展和消失和潮差落潮流速有一定的相关性，因受涨，落潮流改造，沙波难于得到充分发展；沙     

长江口横沙北侧岸坡冲刷特征与趋势分析

根据2018年多波束测深系统、双频ADCP获得的横沙岛北侧岸坡水下地形与水动力实测数据,并结合历史地形资料分析该区域冲刷特征与发展趋势。结果表明:横沙北侧岸坡存在近岸冲刷坑,最大冲深约7 m;2002—2018年期间,冲刷坑附近河床经历冲-淤-冲的演变模式,整体呈冲刷状态;2007年后冲刷坑开始形成,并向下游延伸。这主要是因为青草沙水库工程的建设导致北港上段束窄,下段主流南移贴岸,使得近岸河床冲刷加剧。另外,横沙东滩促淤圈围工程抑制了北港与北槽间的水量交换,横沙岛近岸水域水动力进一步增强,也是岸坡冲刷的原因之一。分析表明大潮期间水流处于次饱和状态,岸坡表层泥沙起动流速略小于落急时刻水流流速,横沙北侧岸坡的冲刷可能会继续发展。     

甬江口镇海港的入海航道

本文根据实测资料,对甬江口镇海港入海航道的来水来沙条件、河床形态、冲淤变化特征以及拦门沙的成因等进行了分析,同时还给出了航道整治宽度的估算公式。     

近70a来椒江河口河床冲淤调整机理

利用近70a来19个不同年份的水深地形资料,基于GIS技术进行数字化冲淤分析,结合实测水文泥沙资料和人类活动,探讨椒江山溪性强潮河口河床冲淤调整过程。研究表明,近70a来无论是在河床纵横剖面还是在平面上,冲淤调整经历了较明显的四个阶段,可是平面上比纵横剖面上的平均冲淤速率更趋于整体性:(1)以自然作用为主,处于缓慢冲刷状态,冲刷区占65.4%,全区年均冲刷速率为2.3cm/a,年均冲刷量为53.7×104m3;(2)受支流永宁江上游建库蓄水影响,从缓慢冲刷转为较明显的淤积状态,淤积区占66.2%,全区年均淤积速率为2.2cm/a,年均淤积量为50.4×104m3;(3)受航道整治完成的部分工程作用,由淤积又转为轻微冲刷状态,冲刷区占62.6%,全区年均冲刷速率为1.8cm/a,年均冲刷量为41.4×104m3;(4)受航道和支流永宁江的综合整治作用,从轻微冲刷朝加速冲刷方向发展,冲刷区占71.5%,全区年均冲刷速率为5.6cm/a,年均冲刷量为130.8×104m3。这在某种程度上意味着椒江山溪性强潮河口河床冲淤调整受人为影响比受自然影响大。     

近70 a来椒江河口河床冲淤调整机理近70 a来椒江河口河床冲淤调整机理

利用近70 a来19个不同年份的水深地形资料,基于GIS技术进行数字化冲淤分析,结合实测水文泥沙资料和人类活动,探讨椒江山溪性强潮河口河床冲淤调整过程。研究表明,近70 a来无论是在河床纵横剖面还是在平面上,冲淤调整经历了较明显的四个阶段,可是平面上比纵横剖面上的平均冲淤速率更趋于整体性：（1）以自然作用为主,处于缓慢冲刷状态,冲刷区占65.4%,全区年均冲刷速率为 23 cm/a,年均冲刷量为537×10 4 m3;（2）受支流永宁江上游建库蓄水影响,从缓慢冲刷转为较明显的淤积状态,淤积区占662%,全区年均淤积速率为22 cm/a,年均淤积量为504×10 4 m3;（3）受航道整治完成的部分工程作用,由淤积又转为轻微冲刷状态,冲刷区占626%,全区年均冲刷速率为18 cm/a,年均冲刷量为414×10 4 m3;（4）受航道和支流永宁江的综合整治作用,从轻微冲刷朝加速冲刷方向发展,冲刷区占715%,全区年均冲刷速率为56 cm/a,年均冲刷量为1308×10 4 m3。这在某种程度上意味着椒江山溪性强潮河口河床冲淤调整受人为影响比受自然影响大。     

轴线倾斜海底管道冲刷速率试验研究

通过物理模型试验研究水流作用下轴线倾斜海底管道的三维局部冲刷问题。利用超声波探头监测管道下部冲刷沿管轴线方向的扩展过程,分析海底管道三维局部冲刷的动态发展机理。由模型沙的冲蚀试验,建立沙床面剪切应力与泥沙表观侵蚀速率之间的关系式,并引入经验公式对沙床面剪切应力放大系数、泥沙表观侵蚀速率以及远场床面剪切应力之间的关系进行表达。由倾斜管道模型试验,在分析冲刷扩展位置随时间变化数据的基础上,结合上述经验公式以及沙床面剪切应力放大系数与管道埋深的关系,建立轴线倾斜海底管道冲刷扩展速率的预测公式。     

长江河口波-流共同作用下的全沙数值模拟

针对长江河口地形、水文、泥沙运动等复杂的特点,建立了波-流共同作用下的二维全沙及河床演变模型.在合理计算研究区域流场等的基础上,利用切应力概念确定悬沙扩散方程中的源函数;通过系列数值试验和实测资料的统计分析,在经典的泥沙临界起动速度中引入反映河床底质结构及固结程度的局地系数;选用由流速、盐度、含沙量浓度确定的泥沙颗粒絮凝沉降速度,从而提高长江口悬沙场数值模拟精度.在底沙输运计算中,提出一种较为合理确定有关参数的方法.通过洪、枯季大、中、小潮水文、泥沙资料和典型台风引起航槽冲淤变化的实测资料验证,表明该文提出的模型能较合理地反映长江河口流场、泥沙场及地形的演变.